Da bismo govorili o dvadeset aminokiselina koje čine protein i modificirane strukture, treba opisati najmanje dvanaest specijaliziranih metaboličkih putova.
Ali zašto stanice koriste tako mnogo metaboličkih puteva koji zahtijevaju energiju (npr. Regeneraciju katalitičkih mjesta enzima), svaki s enzimskom baštinom, kako bi katabolizirali aminokiseline? Gotovo sve aminokiseline mogu se dobiti specijaliziranim putevima, metabolitima koji se u malom dijelu koriste za proizvodnju energije (na primjer, kroz glukoneogenezu i put ketonskih tijela), ali koji prije svega dovode do stvaranja kompleksnih molekula, s velikim brojem ugljikovih atoma (na primjer iz fenilalanina i tirozina, hormoni se proizvode u nadbubrežnim žlijezdama koje su specijalizirane za tu svrhu); ako bi s jedne strane bilo lako proizvesti energiju iz aminokiselina, s druge strane bilo bi komplicirano graditi kompleksne molekule počevši od malih molekula: katabolizam aminokiselina omogućuje nam da iskoristimo njihov kostur za dobivanje većih vrsta.
Dva ili tri unce aminokiselina svakodnevno razgrađuje zdrava osoba: 60-100 g od njih potječe od proteina koji se unose u prehranu, ali više od 2 unce se dobiva iz normalnog obnavljanja proteina koji su sastavni dio tijela (aminokiseline). tih proteina, koji su oštećeni redoks procesima, zamjenjuju drugi i kataboliziraju).
Amino kiseline daju energetski doprinos u smislu ATP: nakon uklanjanja α-amino skupine, preostali ugljični skelet aminokiselina, nakon odgovarajućih transformacija, može ući u krebsov ciklus. Nadalje, kada nedostaje zaliha hranjivih tvari i količina glukoze se smanjuje, aktivira se glukoneogeneza: glukoneogenetske aminokiseline nazivaju se one koje se nakon odgovarajućih modifikacija mogu uvesti u glukoneogenezu; glukoneogenetske aminokiseline su one koje se mogu pretvoriti u piruvat ili fumarat (fumarat se može pretvoriti u bolesnika koji izlazi iz mitohondrija i, u citoplazmi, pretvara se u oksaloacetat iz kojeg se može dobiti fosfoenol). Umjesto toga, za one koji se mogu pretvoriti u acetil koenzim A i octeni acetat se kaže da su ketogene aminokiseline.
Ono što je upravo opisano je vrlo važan aspekt jer aminokiseline mogu otkloniti nedostatak šećera u slučaju neposrednog gladovanja; ako se post stalno zadržava, metabolizam lipida intervenira nakon dva dana (budući da se proteinske strukture ne mogu mnogo napasti), upravo je u ovoj fazi, budući da je glukoneogeneza vrlo ograničena, masne kiseline pretvorene u acetil koenzim A i ketonska tijela, Od daljnjeg posta, mozak se također prilagođava korištenju ketonskih tijela.
Prijenos a-amino skupine iz aminokiselina događa se reakcijom transaminacije; enzimi koji kataliziraju ovu reakciju nazivaju se transaminaze (ili amino transferaze). Ovi enzimi koriste enzimski kofaktor zvan piridoksal fosfat, koji intervenira sa svojom aldehidnom skupinom. Piridoksal fosfat je proizvod fosforilacije piridoksina koji je vitamin (B6) koji se uglavnom nalazi u povrću.
Transaminaze imaju sljedeća svojstva:
Visoka specifičnost za a-ketoglutarat-glutamatni par;
Ime su dobili od drugog para.
Enzimi transaminaza uvijek uključuju a-ketoglutarat-glutamatni par i razlikuju se po drugom uključenom paru.
Primjeri:
Aspartat transaminaza ili GOT ( transaminaza glutamat-oksal acetata): enzim prenosi α-amino skupinu iz aspartata u α-ketoglutarat, dobivajući oksalacetat i glutamat.
Alanin transaminaza, tj. GTP (glutamat-piruvatni transaminaza): enzim prenosi a-amino skupinu iz alanina u a-ketoglutarat dobivajući piruvat i glutamat.
Različiti transaminaze koriste a-ketoglurat kao akceptor amino skupine aminokiselina i pretvaraju ga u glutamat; dok se formiraju aminokiseline koriste na putu ketonskih tijela.
Ova vrsta reakcije može se odvijati u oba smjera jer se lomi i stvaraju se veze s istim energetskim sadržajem.
Transaminaze su u citoplazmi iu mitohondrijima (uglavnom su aktivne u citoplazmi) i razlikuju se po svojoj izoelektričnoj točki.
Transaminaze su također u stanju dekarboksilirati aminokiseline.
Mora postojati način da se glutamat pretvori u α-ketoglutarat: to se deaminira.
Glutamat dehidrogenaza je enzim koji može pretvoriti glutamat u a-ketoglutarat i stoga pretvoriti amino skupine aminokiselina koje se nalaze u obliku glutamata u amonijak. Ono što se događa je oksidoreduktivni proces koji prolazi kroz intermedijerni α-amino-glutarat: amonijak i α-ketoglutarat se oslobađaju i vraćaju u cirkulaciju.
Dakle, odlaganje amino skupina aminokiselina prolazi kroz transaminaze (različite ovisno o supstratu) i glutamat dehidrogenazu, koja određuje stvaranje amonijaka.
Postoje dvije vrste glutamat dehidrogenaze: citoplazmatska i mitohondrijska; kofaktor, koji je također su-sastavni dio ovog enzima, je NAD (P) +: glutamat dehidrogenaza koristi NAD + ili NADP + kao akceptor redukcijske snage. Citoplazmatski oblik preferira, iako ne isključivo, NADP +, dok mitohondrijski oblik preferira NAD +. Mitohondrijski oblik ima za cilj zbrinjavanje amino skupina: dovodi do stvaranja amonijaka (koji je supstrat za specijalizirani enzim mitohondrija) i NADH (koji se šalje u dišni lanac). Citoplazmatski oblik djeluje u suprotnom smjeru, to jest, koristi amonijak i a-ketoglutarat kako bi dao glutamat (koji ima biosintetsko odredište): ova reakcija je reduktivna biosinteza, a korišteni kofaktor je NADPH.
Glutamat dehidrogenaza djeluje kada se amino skupine aminokiselina, kao što je amonijak (putem urina) moraju ukloniti ili kada su skeleti aminokiselina potrebni za proizvodnju energije: ovaj enzim će stoga imati sustave koji pokazuju dobru raspoloživost energije (ATP) kao negativne modulatore. GTP i NAD (P) H) i kao pozitivni modulatori, sustavi koji ukazuju na potrebu za energijom (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, aminokiseline i tiroidni hormoni).
Aminokiseline (uglavnom leucin) su pozitivni modulatori glutamat dehidrogenaze: ako su u citoplazmi prisutne aminokiseline, one se mogu koristiti za sintezu proteina, ili se moraju ukloniti jer se ne mogu akumulirati (to objašnjava zašto su amino kiseline pozitivni modulatori),
Odlaganje amonijaka: ciklus ureje
Ribe odlažu amonijak uvodeći ga u vodu kroz škrge; ptice ga pretvaraju u mokraćnu kiselinu (koja je proizvod kondenzacije) i uklanjaju je izmetom. Da vidimo što se događa kod ljudi: rekli smo da glutamat dehidrogenaza pretvara glutamat u α-ketoglutarat i amonijak, ali nismo rekli da se to događa samo u mitohondriji jetre.
Temeljnu ulogu odlaganja amonijaka, kroz ciklus ureje, pokrivaju mitohondrijske transaminaze.
ugljični dioksid, u obliku bikarbonatnog iona (HCO3-), se aktivira pomoću biotinskog kofaktora koji formira karboksi-biotin koji reagira s amonijakom dajući karbaminsku kiselinu; slijedeća reakcija koristi ATP za prijenos fosfata u karbaminsku kiselinu koja formira karbamil fosfat i ADP (pretvorba ATP u ADP je pokretačka sila za dobivanje karboksibiotina). Ova faza je katalizirana karbamil fosfatnom sintetazom i pojavljuje se u mitohondrijima. Karbamil fosfat i ornitin su supstrati za enzim ornitin trans karbamilaza koji ih pretvara u citrulin; ova se reakcija odvija u mitohondrijima (hepatocita). Proizvedeni citrulin izlazi iz mitohondrija i, u citoplazmi, ide pod djelovanje arginin sukcinat sintaze : dolazi do fuzije ugljičnog skeleta citrulina i aspartata kroz nukleofilni napad i naknadnu eliminaciju vode. Za enzim arginin sukcinat sintetazu potrebna je molekula ATP, stoga postoji energetska sprega: hidroliza ATP-a u AMP i pirofosfat (potonji se zatim pretvara u dvije molekule ortofosfata) izbacivanjem molekule vode iz supstrata, a ne zbog djelovanja vode u mediju.
Sljedeći enzim je arginin sukcinaza : ovaj enzim može podijeliti arginin sukcinat u arginin i fumarat unutar citoplazme.
Ciklus ureje je završen s enzimom arginaza : dobiva se urea i ornitin; urea se odlaže putem bubrega (urina) dok se ornitin vraća u mitohondrije i nastavlja ciklus.
Ciklus ureje je podložan indirektnoj modulaciji argininom: akumulacija arginina pokazuje da je potrebno ubrzati ciklus ureje; modulacija arginina je neizravna jer arginin pozitivno modulira enzim acetil glutamat sintetazu. Potonji je u stanju prenijeti acetilnu skupinu na dušik glutamata: nastaje N-acetil glutamat koji je izravni modulator enzima karbamil-fosfo sintetaze.
Arginin se akumulira kao metabolit ciklusa ureje ako proizvodnja karbamil fosfata nije dovoljna za zbrinjavanje ornitina.
Urea se proizvodi samo u jetri, ali postoje i druge lokacije na kojima se odvijaju početne reakcije.
Mozak i mišići koriste posebne strategije za uklanjanje amino skupina. Mozak koristi vrlo učinkovitu metodu u kojoj se koristi enzim glutamin sintetaza i enzim glutamaza : prvi je prisutan u neuronima, dok se drugi nalazi u jetri. Ovaj mehanizam je vrlo učinkovit iz dva razloga:
Dvije amino skupine transportiraju se iz mozga u jetru sa samo jednim nosačem;
Glutamin je mnogo manje toksičan od glutamata (glutamat također nosi prijenos neurona i ne smije prelaziti fiziološku koncentraciju).
U ribi sličan mehanizam dovodi amino skupinu aminokiselina u škrge.
Iz mišića (skeletni i srčani), amino skupine dolaze do jetre putem ciklusa glukoza-alanin; uključeni enzim je glutamin-piruvat transaminaza: omogućuje transpoziciju amino skupina (koje su u obliku glutamata), pretvaranje piruvata u alanin i, istovremeno, glutamat u α-ketoglutarat u mišiću i kataliziranje inverznog procesa u jetre.
Transaminaze s različitim zadacima ili položajima također imaju strukturne razlike i mogu se odrediti elektroforezom (imaju različite izoelektrične točke).
Prisutnost transaminaza u krvi može biti simptom oštećenja jetre ili kardiopatije (tj. Oštećenja tkiva stanica jetre ili srca); Transaminaze su u vrlo visokim koncentracijama u jetri i srcu: elektroforezom se može utvrditi je li do oštećenja došlo u jetri ili srčanim stanicama.
